[實(shí)用新型]一種集成散熱器和智能功率半導(dǎo)體模塊的整機(jī)結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420196417.5
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號(hào): CN203859959U
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀東曉;尹建維
• 申請（專利權(quán)）人: 揚(yáng)州虹揚(yáng)科技發(fā)展有限公司
• 主分類號(hào): H05K7/00
• 分類號(hào): H05K7/00;H05K7/20
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 趙秀斌

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種功率半導(dǎo)體模組結(jié)構(gòu)，特別涉及一種集成散熱器和智能功率半導(dǎo)體模塊的整機(jī)結(jié)構(gòu)。?

背景技術(shù)

功率半導(dǎo)體模塊常作為核心器件與其他外圍結(jié)構(gòu)，例如散熱器、驅(qū)動(dòng)電路電源板、以及CPU控制板等進(jìn)行組合形成功率半導(dǎo)體模組，從而實(shí)現(xiàn)各種功能，在變頻器、UPS、電焊機(jī)等電力電子領(lǐng)域得到了廣泛使用。例如在變頻器中，功率半導(dǎo)體模塊與散熱器、驅(qū)動(dòng)電路電源板和CPU控制板的常規(guī)組合方式如圖1所示，功率半導(dǎo)體模塊1底部均勻涂抹導(dǎo)熱硅脂15后用螺絲鎖在風(fēng)冷散熱器16上，驅(qū)動(dòng)電路電源板14焊接在功率半導(dǎo)體模塊1上面，CPU板3通過插拔信號(hào)線連接在驅(qū)動(dòng)電路電源板14上，其中功率半導(dǎo)體模塊由專門的模塊廠家提供，而其余部分則由變頻器或者其他終端廠家自行設(shè)計(jì)。這種配合方式的優(yōu)點(diǎn)是工程師可以根據(jù)已有的功率半導(dǎo)體模塊自由設(shè)計(jì)外圍組件，產(chǎn)品靈活性大，設(shè)計(jì)簡單，拆裝、更換方便；缺點(diǎn)是形成的功率半導(dǎo)體模組體積大，集成度低。以變頻器為例，通過研究和分析，它之所以體積大、集成度低，有15％是因?yàn)楝F(xiàn)有功率半導(dǎo)體模組的驅(qū)動(dòng)電路電源板、CPU板的體積較大，另外70％是與功率半導(dǎo)體模組的散熱器體積有關(guān)(而散熱器的體積又與模塊的功耗成正比)。?

針對現(xiàn)有技術(shù)的弊端，各個(gè)廠商分別做了改進(jìn)：有的公司將驅(qū)動(dòng)電路電源板，拆封成為驅(qū)動(dòng)電路板2和電源板4，然后將驅(qū)動(dòng)電路板2集成在功率?半導(dǎo)體模塊1內(nèi)部，進(jìn)行環(huán)氧灌封，如圖2所示，形成的功率半導(dǎo)體模組被稱作IPM(智能功率模組)。這種拆分方式可以在一定程度上提高集成度、減小體積，但是減小的體積非常有限，小于10％；而且因?yàn)轵?qū)動(dòng)電路板被環(huán)氧灌封在功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部，難以拆卸替換，因此靈活度不夠高且不易維修。而歐洲模塊廠家Semikron采用壓接技術(shù)，將功率半導(dǎo)體模塊1直接用機(jī)械彈簧的方式壓在平整的水冷散熱器17，如圖3所示，這樣可以將散熱器的體積減小到原來的1/3左右，因此減小了整個(gè)功率半導(dǎo)體模組的體積，提高了效率，但是使用的壓接設(shè)備和方法復(fù)雜較難實(shí)現(xiàn)，而且水冷散熱器17一般比較復(fù)雜昂貴，因此該方式形成的功率半導(dǎo)體模組適合用在高端場合。其他廠家比如英飛凌，采用新一代低功耗芯片，充分減小了散熱器的體積，這是目前最為直接有效的方式。然而要想在不減小輸出功率的情況下減小散熱器體積，需要將功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部的芯片換成技術(shù)功耗更低的新一代芯片，該技術(shù)目前被幾個(gè)國際大公司壟斷；而且芯片更新?lián)Q代投資巨大，周期長，幾年甚至幾十年都有可能。?

綜上，現(xiàn)有技術(shù)對功率半導(dǎo)體模組的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方式要么集成度偏低，靈活度減小，要么成本較高，改進(jìn)周期長，因此需要設(shè)計(jì)一種新的功率半導(dǎo)體模組結(jié)構(gòu)。?

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種集成散熱器和智能功率半導(dǎo)體模塊的整機(jī)結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中功率半導(dǎo)體模組結(jié)構(gòu)體積大、集成度偏低的技術(shù)問題。?

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：包括功率半導(dǎo)體模塊、第一控制電路板和第二控制電路板，所述功率半導(dǎo)體模塊包括芯片、DBC板、散熱器和容置所述DBC板和芯片的模塊外殼；所述DBC板焊接在所述散熱器?的上表面；所述芯片焊接在所述DBC板上表面，所述芯片上覆蓋有硅膠保護(hù)層；所述模塊外殼上靠近所述DBC板兩端處設(shè)有第一插槽和第二插槽，所述第一、第二插槽內(nèi)分別設(shè)有第一電極端子和第二電極端子，所述第一控制電路板固定在所述第一電極端子上，所述第二控制電路板固定在所述第二電極端子上，且所述第二控制電路板的安裝位置高于所述硅膠保護(hù)層的上表面。?

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還可以做如下改進(jìn)。?

進(jìn)一步，所述第一控制電路板通過插拔或焊接固定在所述第一電極端子上。?

進(jìn)一步，所述第二控制電路板通過插拔或焊接固定在所述第二電極端子上。?

進(jìn)一步，所述散熱器底部固定有散熱片。?

進(jìn)一步，所述散熱器為至少兩層結(jié)構(gòu)的復(fù)合板，所述DBC板焊接在所述復(fù)合板最上層的上表面，所述復(fù)合板的底部設(shè)有凹槽，所述散熱片安插在所述凹槽內(nèi)。?

進(jìn)一步，所述散熱器為上層銅層、中間鋁層和底層銅層組成的銅鋁銅三層復(fù)合板，所述DBC板焊接在上層銅層表面，所述底層銅層上設(shè)有用于安插所述散熱片的凹槽。?

進(jìn)一步，所述第一控制電路板為電源板，所述第二控制電路板為驅(qū)動(dòng)電路板。?

進(jìn)一步，還包括CPU板，所述CPU板通過插拔信號(hào)線與所述驅(qū)動(dòng)電路板相連接。?

進(jìn)一步，所述第一控制電路板為電源板，所述第二控制電路板為驅(qū)動(dòng)CPU集成電路板。?